Изменение экологических факторов в связи с рубками ухода и их влияние на формирование насаждений

На правах рукописи

ТОРБИК Дарья Николаевна

ИЗМЕНЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

В СВЯЗИ С РУБКАМИ УХОДА И ИХ ВЛИЯНИЕ

НА ФОРМИРОВАНИЕ НАСАЖДЕНИЙ

06.03.02. – «Лесоведение, лесоводство, лесоустройство

и лесная таксация»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Архангельск – 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Поморский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

Научный руководитель:	доктор сельскохозяйственных наук, профессор Феклистов Павел Александрович
Официальные оппоненты:	доктор сельскохозяйственных наук, профессор Петрик Виталий Васильевич кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Соболев Александр Николаевич
Ведущая организация:	ГОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет»

Защита состоится 19 ноября 2010 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.03 при ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет», по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, главный корпус, 1228 ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет»

Автореферат разослан «____» октября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Клевцов Д.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Согласно Правилам ухода за лесом, утверждённым 16 июля 2007 года в соответствии со статьей 64 Лесного кодекса Российской Федерации, одним их основных мероприятий по уходу за лесами являются рубки ухода. В последние десятилетия объёмы рубок ухода в лесах России постоянно увеличиваются. Вызванные рубками преобразования затрагивают практически все компоненты биогеоценоза, что заставляет рассматривать проблему пройденных рубками ухода лесов комплексно, оценивая весь спектр изменений. Поэтому, несомненно, актуальной является проблема изучения влияния рубок ухода на все компоненты лесного биогеоценоза, что позволяет лучше оценить происходящие в нем изменения и улучшить качество ухода за лесом.

Лесоводственная наука и лесохозяйственная практика накопили огромный материал по рубкам ухода, свидетельствующий о положительных изменениях, происходящих в насаждениях под воздействием рубок ухода. Все эти исследования, главным образом, направлены на изучение изменения средних показателей на площадях, пройденных рубками ухода (Чибисов, Нефедова, 2007). Проходные рубки, рубки обновления и др. проводятся механизированным способом. В результате остаются лесные массивы, изрезанные волоками через каждые 30-40 м, между которыми находятся пасеки, в которых, собственно, и проводились рубки. Остаётся практически не изученным вопрос об изменениях количественных и качественных характеристик экологических факторов на волоках на разных расстояниях от стен леса и внутри пасек в зависимости от расстояния от края. Последнее особенно важно, так как экологические факторы внутри пасек определяют прирост оставшихся деревьев, естественное возобновление хвойных, развитие напочвенного покрова и т.п.

Цель и задачи работы. Целью исследований является изучение изменения экологических факторов под влиянием рубок ухода, проведённых коридорным способом и влияния этих рубок на видовой состав растений напочвенного покрова, таксационные характеристики и лесовозобновление насаждений. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• выявить изменения в лесах под воздействием проходных рубок ухода и рубок обновления интенсивности освещения, температуры и влажности воздуха, температуры почвы, высоты снежного покрова;
• изучить видовой состав и проективное покрытие растений напочвенного покрова в связи с коридорными рубками ухода;
• проанализировать естественное лесовозобновление;
• определить изменения таксационных характеристик древостоя после коридорных рубок ухода.

Научная новизна. В работе изучено влияние проходных рубок и рубок обновления на различные компоненты биогеоценозов хвойных лесов. Получены новые данные по изменению экологических факторов, древостоя, подроста и подлеска, живого напочвенного покрова на вырубках вдоль линий, расположенных перпендикулярно волокам. Проведён сравнительный анализ изменений в насаждениях в зависимости от технологии и давности рубок.

Научные положения, выносимые на защиту.

• Изменение экологических факторов в лесных насаждениях под влиянием коридорных рубок ухода;
• Влияние проходных рубок и рубок обновления на изменение живого напочвенного покрова, естественное лесовозобновление и таксационные характеристики древостоя.

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований отражены в докладах, представленных на Всероссийской научно-практической конференции «Лесной и химический комплексы – проблемы и решения» (Красноярск, 2007); III Всероссийской научной конференции «Принципы и способы сохранения биоразнообразия» (Йошкар-Ола, Пущино, 2008); Всероссийской конференции с международным участием «Северные территории России: проблемы и перспективы развития» (Архангельск, 2008); на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных, инженерно-технических работников и аспирантов АГТУ (С(А)ФУ) в 2008-2009 гг.; международной научно-практической конференции «Сохранение биологического разнообразия наземных и морских экосистем в условиях высоких широт» (Мурманск, 2009), III Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции молодых учёных «Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике» (Белгород, 2009), VI международном контактном форуме по сохранению местообитаний в Баренцевом регионе (Архангельск, 2010).

Практическая значимость результатов исследования. Полученные данные могут быть использованы для разработки лесохозяйственных мероприятий по организации хозяйства в хвойных лесах северной подзоны тайги, т.к. результаты исследования позволяют точнее прогнозировать последствия рубок, способствуют уточнению метода и технологии рубок. Материалы исследований могут быть использованы в учебном процессе в высших учебных заведениях при изучении курсов «Экология», «Лесоведение» и «Лесоводство».

Личный вклад автора заключается в обосновании темы, определении цели и задач исследований, выборе участков исследования, разработке и уточнении методики исследований, в проведении полевых работ, анализе, обобщении и интерпретации представленных в диссертации материалов.

Обоснованность и достоверность результатов исследования подтверждается большим по объёму и разнообразию экспериментальным материалом, применением научно-обоснованных методик, использованием современных методов обработки, анализа и оценки достоверности данных.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 18 печатных работ, из них три работы в журналах перечня ВАК РФ.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 252 наименований, в том числе 7 на иностранных языках. Работа изложена на 234 страницах, иллюстрирована 92 рисунками, содержит 7 таблиц и 7 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Изменение насаждений после проведения в них рубок ухода (состояние вопроса)

Рубки ухода и их влияние на состояние лесных биогеоценозов изучали многие авторы (Савина, 1956, 1961, 1978; Георгиевский, 1957; Мелехова, 1961; Савин, 1963; Чибисов, 1963, 1968, 1978; 1992, 2007; Чертовской, Чибисов, 1967, 1968; Давыдов, 1971; Савин, Климов, 1976; Тимофеев, 1976; Кубрак, Аникеева Чертовской, 1978; Савина, Журавлёва, 1978; Сеннов, 1964, 1977, 1978, 1979, 1982, 1984, 1986, 1987, 1989, 1991, 2001, 2004, 2005, 2007; Макаренко, 1978; Нефёдова, Чибисов, 1980, 2003; Поротов, 1984; А.К. Денисов, С.А. Денисов, 1985; Кайрюкштис и др., 1985; Левашов, 1987; Чибисов, Поротов, 1986; Козмина, Чибисов, 1992, 1994; Решетников, Колодий, 1995; Худяков, 1991; Астрологова, Бабич, 1998; Минин, 1999, 2003; Чибисов, Нефедова, 1991, 2003, 2007; Петрик, 2006; Митрофанов, Кузнецов, 2007 и др.). Чаще всего исследования проводились с целью установления эффективности рубок ухода и лишь в отдельных работах рассмотрены экологические аспекты и вопросы трансформации лесных экосистем в ходе рубок ухода. Результаты этих исследований нередко бывают противоречивыми, даже если их сгруппировать по климатическим зонам, типам леса, составу и возрасту древостоев.

Изучением рубок ухода, проведенных коридорным способом, в лесах северной тайги занимались Г.А. Чибисов, Н.И. Вялых, Н.С. Минин (2004); Г.А. Чибисов и А.И. Нефедова (2007). Их исследования затрагивают лишь отдельные компоненты лесных экосистем. Поэтому актуальным остаётся вопрос изучения состояния и изменения лесов северной подзоны тайги пройденных коридорными рубками ухода относительно всего многообразия факторов, воздействующих как на насаждения в целом, так и на отдельные их компоненты.

Глава 2. Природные условия района исследований

Район исследований находится на северо-западе европейской части Российской Федерации, в северной части Архангельской области (Приморский район). Климат района умеренно-континентальный, особенностью является частая смена воздушных масс в результате действия циклонов, поступающих, в основном, со стороны Атлантического океана. Самый холодный месяц – январь, самый тёплый – июль. Продолжительность вегетационного сезона со среднесуточной температурой выше +5°С составляет 120-125 дней, а общая продолжительность сезона со среднесуточной температурой выше + 10°С – 70-110 дней. Годовая сумма осадков в среднем равна около 520 мм. Средняя продолжительность безморозного периода составляет 98 дней. Общая продолжительность морозного периода – 138 дней. Среднегодовая температура поверхности почвы составляет +1°С. Наиболее вероятные направления ветра в течение года – юго-западное, юго-восточное, северное и восточное. Средняя годовая относительная влажность варьирует от 78 до 84 % (Агроклиматический справочник по Архангельской области, 1961).

Согласно геоботаническому районированию территория Приморского района входит в европейскую таёжную область, североевропейскую таёжную провинцию (Растительность европейской части СССР, 1980). Согласно лесотаксационному районированию леса Архангельской области относятся к Северо-восточному району европейской части России северо-таёжному подрайону (Лесотаксационный справочник…, 1986). Леса региона представляют собой формации хвойных пород бореальной структуры (Бабич и др., 1999).

Глава 3. Характеристика объектов и методика исследований

3.1. Характеристика объектов исследований

Объекты исследований – лесные фитоценозы, пройденные проходными рубками ухода и рубками обновления в различных направлениях. Рубки проводили коридорным способом, прорубая технологические коридоры шириной 4-5 м через каждые 30-40 м. Интенсивность рубки слабая (11-20%). Исследования проводились в среднеполнотных, низкобонитетных, разновозрастных (VII-IX классов возраста) ельниках черничных и в средне- и высокополнотных, IV класса бонитета, VI класса возраста сосняках черничных.

3.2. Методика проведения исследований и объем выполненных работ

В основу исследований положен метод временных пробных площадей. Подбор и закладка пробных площадей выполняются с учётом требований ГОСТ 16128-70, ОСТ 56-69-83 и подробно описанных методик (Сукачёв, Зонн, 1961; Юнатов, 1964). С целью изучения влияния рубок ухода на формирование насаждений, ленточные пробные площади закладывались в центре пасек и у границ пасека-волок параллельно волокам.

При определении таксационных характеристик древостоев применялись общепринятые в таксации методы (Анучин, 1982; Гусев, 2000).

Для изучения естественного возобновления в связи с рубками ухода, на различных расстояниях от границы пасека-волок закладывали учётные ленты размерами 2х10 м (на пасеках) и 1х20 м (на волоках). На пасеках ленты закладывались параллельно волокам на расстояниях 2, 4, 8, 12 м от границы пасека-волок и в центре пасек; на волоках – в центре и по краям волоков. На каждой площадке проводился пересчёт подроста по категориям крупности и состоянию (Мелехов, 2002).

Для изучения живого напочвенного покрова на площадях рубок ухода на различном расстоянии от границы пасека-волок намечались трансекты. На пасеках трансекты были заложены параллельно волокам на расстояниях 2, 4, 8, 12 м от границы пасека-волок и в центрах пасек; на волоках – в центрах и по краям волоков. На трансектах через равные промежутки были заложены учётные площадки размером по 1 м2 (Баккал и др., 2001). На каждом объекте для определённого расстояния закладывалось по 15 таких площадок (Бурова, Феклистов, 2007). На каждой учетной площадке характеризовался видовой состав и определялось проективное покрытие каждого вида.

Почвенные исследования проводились с учётом ОСТ 56-81-84 и рекомендаций И.Ф. Гаркуши (1961, 1975), Л.Н. Александровой (1976), Е.Н. Наквасиной, Е.В. Шавриной (1998), Е.Н. Наквасиной и др. (2007). В конечном итоге на каждом объекте исследования определяли тип, подтип, род, вид и разновидность почвы.

Для изучения изменения экологических факторов в связи с рубками ухода были проведены микроклиматические исследования согласно методическим указаниям Б.П. Кароля (1959), В.Г. Чертовского и др. (1977), В.П. Косарева, В.И. Таранкова (1991), Н.А. Бабича и др., (1995), А.Е. Баталова и Е.В. Шавриной (2000), Н.Р.Сунгуровой и Н.А. Бабича (2005) при этом использовали линейный метод измерений (Софронов, Волокитина, 1997). По трансектам, расположенным перпендикулярно волокам, закладывали постоянные точки, на которых систематически делали необходимые замеры. Температуру и влажность воздуха измеряли при помощи метеостанции WS-3600 на высоте 0,15 и 1,3 м в пятикратной повторности. Для измерения температуры почвы на глубине 10 см использовали почвенные термометры (Наквасина и др., 2007).

Замеры освещённости и мощности снегового покрова проводили на тех же трансектах, что и для изучения живого напочвенного покрова. Методика измерения освещённости разработана на основе имеющихся в литературе методик и рекомендаций (Ovington, Madgwick, 1955; Тооминг, Гуляев, 1967; Хазанов и др., 1967; Цельникер, 1969; Протопопов, 1975; Сидорович, Мотыль, 1986). Замеры освещённости осуществлялись в условиях безветренной погоды в дневные часы на высоте 1,3 м люксметром Ю-16. На каждой трансекте в ясную погоду и при переменной облачности измерения проводили в двадцатикратной повторности, в пасмурную погоду ограничивались десятью измерениями. Мощность снегового покрова определяли в период максимальных снегозапасов, перед началом устойчивого снеготаяния в 10-кратной повторности (Бабич, 1995).

Всего за время проведения исследования было заложено 36 пробных площадей. Из них 24 пробных площади в ельниках черничных и 12 пробных площадей в сосняках черничных. Диаметр измерен у 4680 деревьев, высота у 889 деревьев. Распределение подроста по категориям крупности и состоянию обследовано на общей площади в 3560 м2. С целью изучения состояния напочвенного покрова заложено 975 учётных площадок. В ходе почвенных исследований заложено 10 почвенных разрезов. В ходе микроклиматических исследований сделано 33,5 тыс. измерений из них: 26,4 тыс. замеров температуры и влажности воздуха, 6,3 тыс. замеров освещённости, 820 замеров температуры почвы.

Глава 4. Изменение экологических факторов

в ельниках черничных под влиянием рубок ухода

В данной главе представлены результаты изучения экологических условий в ельниках черничных, пройденных проходными рубками ухода и рубками обновления в 1973 и 2002 годах (направление волоков восток-запад).

Анализ полученных данных показал, что микроклимат в исследованных насаждениях претерпевает существенные изменения (рис 1).

Волок Пасека

Рис. 1. Освещённость в ельниках черничных

(ЮК – южный край волока; ЦВ – центр волока; СК – северный край волока; 2 м – расстояние 2 м от края волока; 4 м – 4 м; 8 м – 8 м; 12 м – 12 м; ЦП – центр пасеки)

Источником освещения при таком способе рубок становятся волока, на которых освещённость в 1,4-1,6 раз выше освещённости пасек, с увеличением давности рубок различия в освещённости пасек и волоков уменьшаются. Наименее освещёнными в ельниках 2002 года рубки являются участки пасек расположенные на расстоянии 12 м от южных краёв волоков, в ельниках 1973 года рубки – центральные части пасек.

С уменьшением расстояния до волоков освещённость пасек постепенно увеличивается. В насаждениях 1973 года рубки существенное увеличение освещённости на 0,5-0,9 тыс. лк отмечено только в полосах шириной 4 м вдоль волоков, тогда как в ельниках 2002 года рубки закономерное повышение освещённости на 0,2-0,3 тыс. лк через каждые 2-4 м прослеживается по всей площади пасек.

Коридорный уход приводит к наибольшему прогреванию воздуха и почвы на волоках с последующим постепенным снижением температурных значений к середине пасек. С увеличением давности рубок различия температур на волоках и пасеках уменьшаются. Так, температура воздуха на волоках в ельниках черничных, пройденных рубками ухода в 2002 г выше средних температурных значений пасек на 0,8С (на высоте 1,3 м) и 1,2С (на высоте 0,15 м), для ельников, пройденных рубками в 1973 г эта разница составляет 0,7С и 0,6С соответственно. Различия температур почвы уменьшаются с 0,8-1,2С (2002 год рубки) до 0,3-0,9С (1973 год рубки). В дневные часы на пасеках вдоль северных краёв волоков создаются зоны наибольшего прогревания воздуха и почвы. С увеличением времени, прошедшего после рубок, зона наибольшего прогревания воздуха сужается с 12 до 4 м, а ширина зоны наибольшего прогревания почвы остаётся неизменной и во всех исследованных насаждениях составляет 4 м.

Микроклимат на волоках, по сравнению с пасеками, характеризуется пониженной относительной влажностью воздуха. С увеличением давности рубок разница показателей влажности на пасеках и волоках уменьшается на высоте 1,3 м с 2,1% до 2,0%, на уровне напочвенного покрова – с 1,7% до 0,7%. Наименьшие значения влажности на высоте 1,3 м отмечены на участках пасек шириной 4 м вдоль северных краёв волоков (для всех исследованных насаждений), на уровне напочвенного покрова в ельниках 2002 года рубки – в южных половинах пасек, на объекте 1973 года рубки – у северных границ с волоками.

Разрубка волоков в насаждениях за счёт увеличения краевых зон приводит к увеличению высоты снежного покрова на пасеках. На краях пасек высота снежного покрова на 12,8±2,0 см больше его высоты в центральных частях пасек. На волоках глубина снега на 13,0±3,1 см больше по сравнению со средними значениями на пасеках.